| 研究課題/領域番号 |
16K06504
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
斎藤 武久 金沢大学, 環境デザイン学系, 教授 (40242531)
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| 研究分担者 |
上野 敏幸 金沢大学, 電子情報学系, 准教授 (30338256)
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| 研究期間 (年度) |
2016-10-21 – 2019-03-31
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| キーワード | 波エネルギー / 波力発電 / 磁歪材料 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は，新たな発電素子の一つとして研究開発が進められている磁歪材料を用いた振動発電デバイスを波動場に適用し，波力発電の可能性を確認した研究代表者らの研究成果（平成25年度から平成27年度，（挑戦的萌芽研究））を踏まえ，以下の５つの項目を研究の目的・目標としている．１）実際の海象条件を対象とした発電効率の検討，２）上記の研究で用いた片持ち梁形式振動発電デバイスの改良，３）沖合域に限らず振動発電デバイスを港湾施設に併設した場合の発電効率の検討，４）衝撃的な砕波をともなう沿岸域での発電の可能性と発電効率の検討，５）最適な振動発電デバイスの設置位置の検討に資する日本周辺海域での波エネルギー密度の高解像度解析．その実現に向けて，平成２８年度に上記の１）および２）平成２９年度に３）および４），平成２９年度に５）を達成することを計画している．１）および２）を対象とした平成２８年度の研究実績の概要は以下のようである．
実海象条件を外力として振動発電デバイスによる波力発電を実現する場合，潮位変動および波の方向性および不規則性にともなう発電効率の検証が不可欠となる．ただし，このデバイスを沖合いで，さらに海岸・港湾施設に併設して利用することを想定してた場合，波の方向性は発電効率には大きく影響しない．さらに，不規則性については規則波および不規則波のエネルギーフラックスの議論から規則波ベースの実験を用いて解釈が可能とする既往研究の成果を受けて，本年度は，２）の片持ち梁形式振動発電デバイスの改良，および３）の港湾施設に併設した場所での波力発電の検討を行った．結果として，２）については，共振振動時間が格段に長い音叉型の振動発電デバイスを作成することに成功し，３）として，港湾施設前面での波の上下運動による波力を波受け板で受ける振動発電デバイスを用いて電力量としては従来値の20倍を超える発電を実現した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本研究では，以下の５つの項目，１）実際の海象条件を対象とした発電効率の検討，２）片持ち梁形式振動発電デバイスの改良，３）沖合域に限らず振動発電デバイスを港湾施設に併設した場合の発電効率の検討，４）衝撃的な砕波をともなう沿岸域での発電の可能性と発電効率の検討，５）最適な振動発電デバイスの設置位置の検討に資する日本周辺海域での波エネルギー密度の高解像度解析 を研究の目的・目標とし，その実現に向けて，平成２８年度に上記の１）および２）平成２９年度に３）および４），平成２９年度に５）を達成することを計画している．１）および２）を対象とした平成２８年度の研究成果は，研究実績の概要に記載したように，１）に対しては，実海象を対象とした場合の波の不規則性に関して規則波をベースに等価解析が可能であることを確認している．また，２）では，振動発電による発電量は振動デバイス内の磁歪素子の共振振動の継続時間に比例するため，この継続時間を伸ばすことが重要となる．これに関して，音叉型のデバイスを新たに開発し，共振振動の継続時間を格段に伸ばすことに成功している．さらに，当初の計画よりも先行して，３）として，港湾施設に併設し，施設前面での波の上下運動による波力を外力とする振動発電デバイスを用いた実験を実施し，従来値の20倍を超える発電に成功しいる．この際，実海象をも対象として潮位変動を考慮した実験を実施しており，実験で対象とした潮位条件に応じた発電特性を明らかにしている．
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| 今後の研究の推進方策 |
平成２９年度および平成３０年度では，３）沖合域に限らず港湾施設に併設した港湾域での発電効率の検討や４）沿岸域での衝撃的な砕波を活用した場合の発電効率の検討，さらに，５）波エネルギー密度の精査によって，磁歪材振動発電デバイスのより最適な設置位置の検討を検討していく．平成２９年度は，特に，４）の衝撃的は砕波を活用した発電の可能性について実験を進める．平成２８年度に実施した振動発電デバイスの発電原理は，港湾施設前面での水面の上下運動に伴う波力を外力として，この外力を受ける波受け板を予め永久磁石で吸着しているデバイスから急速に脱着させることで，デバイスに自由振動を励起させるものであり，永久磁石の利用が不可欠であった．これに対して，港湾施設前面で発生する砕波に伴う衝撃力を振動デバイスに直接作用させることで，高周波数の振動を永久磁石を用いることなく直接デバイスに励起させることが期待できる．これらの衝撃砕波力に関して，例えば合田ら（1966）が先駆的に行ってきている柱体構造物への衝撃流体力の研究を参考に，発生する波力特性と発電特性について整理していく．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初予定していた研究計画 １）実際の海象条件を対象とした発電効率の検討，２）片持ち梁形式振動発電デバイスの改良，に加えて本年度は，３）沖合域に限らず振動発電デバイスを港湾施設に併設した場合の発電効率の検討 を実施することができている．なお，本研究課題は追加採択であったため，追加採択が決定される本年度当初より先行して研究を進めてきていた．研究課題の採択を受けて，次年度に計画している，４）衝撃的な砕波をともなう沿岸域での発電の可能性と発電効率の検討，を実施するに際し，本年度の３）の実験を通して当初の予定よりもさらに追加して必要な実験消耗品の必要性が明らかになってきたため次年度使用金額を計上した．
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| 次年度使用額の使用計画 |
次年度使用額が生じた理由に記載したように，計画３）の実施に際して利用していた波受け板を，計画４）の衝撃砕波力を受ける波受け板として使用する場合，周辺流体によって波受け板に極端な振動減衰効果が発生することが予備実験によって明らかになっている．このため，計画４）を実現するためには，衝撃砕波力を受ける受動体を新たに開発する必要があるため次年度使用金額を計上している．この波力受動体の開発に次年度使用金額を利用する．
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